一种用于深水环境修复的生态系统的制作方法

本发明属于水环境修复技术领域，尤其涉及一种用于深水环境修复的生态系统。

背景技术：

随着社会的进步和人们生活水平的提高，生活污水和工业废水的排放量也迅速增加，随之而来的是越来越多的河流、河道中黑臭水体范围逐渐变大，水质中的有机质污染程度加剧。国内治理水污染的方法主要是建设污水处理厂，虽然建设工业废水处理厂及城市生活污水处理厂是一种非常有效的措施，但需巨大的投资，且对湖泊河流等水体污染，几乎无法实现抽出处理。在原位处理方法中，主要采用物理或微生物的方法，这些方法虽然成本较低，但是缺乏对不同污染类型的针对性，而且耗时长、对水环境指标要求高，若指标控制不好，微生物极容易死亡或产生膨胀，对水体环境造成二次污染。此外，有研究表明很多的有机化合物能使厌氧微生物产生明显的毒害作用，这些有机化合物必须通过一些其他的非生物的降解技术来除去。

近年来，出现了越来越多的利用植物或是化学药剂的水环境修复装置，然而大部分的水环境修复装置均作用于水面以及有阳光到达的浅层水体，在水体污染后，不仅在浅水区有污染物，在深水区也会有污染物。现有技术中，对深水区污染物的处理主要有以下两个思路：

1、在水面设置浮岛，水体中层和下层分别设置中浮岛和底床，并且在浮岛、中浮岛以及底床的下端均设置有橡皮气圈，橡皮气圈连接有设置于浮岛上的气泵，这种方法是利用浮岛和底床上的植物来净化水体，但是在深水区无光的地方，无法提供植物生长需要的条件，不能达到净化深层水体的效果。

2、通过光催化处理有机污染物，这种方法若以人工光源的紫外辐射为主，不仅成本高而且需要消耗大量的电能；若是以自然光作为光源，会受到水体深度和浊度的影响，不能很好地进行催化。此外，光催化试剂多为二氧化钛，虽然价格低廉，但由于其带隙较宽，导致其只能被太阳光谱中仅含有3％左右的紫外线激化，极大的限制了光催化技术的应用，并且目前通过光催化处理有机污染物的这种思路，其中用到的高级氧化技术大多还是停留在实验室层面。

因此，现有技术主要存在的问题是：1、现有技术在生态水环境修复过程中，无法作用在无光的深水环境，只能净化上层水体，无法净化深层水体。2、现有技术不能有针对性地修复水体环境，对富营养化水体和工业废水污染水体等的修复方法没有良好区分。3、现有的处理装置形式单一、能耗大、成本高。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中存在的不足，提供了一种用于深水环境修复的生态系统，以解决现有技术中存在的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种用于深水环境修复的生态系统，包括小船、采光系统、导光系统、散光系统和多个生态浮岛，所述小船浮于水面，所述采光系统用于采集太阳光，所述导光系统与采光系统配合安装，用于将采光系统采集到的太阳光传导至深水区，所述散光系统安装在导光系统的下端，用于将太阳光扩散至生态浮岛上。

优选的，所述采光系统包括反光镜，所述反光镜固定于所述小船之上，所述反光镜用于聚集太阳光。

优选的，所述反光镜为弧形反光镜。

优选的，所述导光系统包括光纤，所述光纤的一端为光纤入口，所述光纤入口位于经反光镜反射的太阳光聚集处，所述光纤另一端向下深入水底。

优选的，所述光纤的外面设有包层结构，所述包层的材质为类石墨烯的高强度材料。

优选的，所述散光系统包括多个漏光孔，所述漏光孔左右对称开设在深水区光纤的包层表面。

优选的，所述生态浮岛设置于所述漏光孔的周围，所述光纤贯穿所述生态浮岛的中心。

优选的，所述生态浮岛装载有浮岛植物或者装载有纳米光催化剂和过硫酸盐。

优选的，所述用于深水环境修复的生态系统还包括环形电机，所述环形电机中间为中空部分，所述生态浮岛设置在环形电机的中空部分，所述环形电机的转子上设置有均匀排列的扇叶。

优选的，所述用于深水环境修复的生态系统还包括控制系统，所述控制系统与环形电机通过导线电连接。

本发明的有益效果是：本发明通过光纤和反光镜，将太阳光引入深水区，并给深水区的生态浮岛提供太阳光，生态浮岛上装载有浮岛植物或者装载有纳米光催化剂和过硫酸盐，通过浮岛植物吸收水体中的有害物质，净化水体，或者通过催化剂活化过硫酸盐，快速大量地产生自由基，高效降解水中污染物。本发明通过生态浮岛的形式净化深水区的水体，扩大了净水的空间范围，本发明装置设计简单、方便使用。

附图说明

图1是本发明一种用于深水环境修复的生态系统的系统示意图；

图2是本发明一种用于深水环境修复的生态系统的装置示意图。

附图标记：1-小船；2-采光系统，21-反光镜；3-导光系统，31-光纤，32-光纤入口，33-包层；4-散光系统，41-漏光孔；5-生态浮岛，51-环形电机，52-扇叶；6-控制系统。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

实施例一：

如图1和图2所示，本发明提供一种用于深水环境修复的生态系统，包括小船1、采光系统2、导光系统3、散光系统4、生态浮岛5和控制系统6，小船1浮于水面，采光系统2用于采集太阳光，导光系统3与采光系统2配合安装，用于将采光系统2采集到的太阳光传导至深水区，散光系统4安装在导光系统3的下端，用于将太阳光扩散至生态浮岛5上。

具体的，采光系统2包括反光镜21，反光镜21固定在小船1之上，反光镜21为弧形反光镜，可将太阳光聚集在一处；导光系统3包括光纤31，光纤31与小船1固定连接，光纤31的一端为光纤入口32，光纤31的另一端向下进入水中，光纤入口32设置在太阳光经反射镜21聚集之处，光纤31外还设有包层33；散光系统4包括漏光孔41，所述漏光孔41左右对称设置在深水区光纤31的表面；生态浮岛5设置在漏光孔41的周围，光纤31贯穿生态浮岛5并与生态浮岛5固定连接，生态浮岛5种植有浮岛植物；控制系统6设置在小船1上。

在本实施例中，包层33采用类石墨烯的高强度材料构成，便于生态浮岛5的固定，包层33的内部涂有反光材料，减少光纤31的光能损失。

在本实施例中，不同水深条件下，在光纤31表面设置三对漏光孔41，同时在漏光孔41的周围分别设置三个生态浮岛5，以满足不同水深处的净化要求。

在本实施例中，生态浮岛5为圆形，生态浮岛5设置在环形电机51的中空部分，环形电机51通过导线与控制系统6电连接，环形电机51的转子上设置有均匀排列的扇叶52，环形电机51带动扇叶52旋转，将环形电机51内的水不断排出，从而消除生态浮岛5内的水压，因此通过控制系统6控制环形电机51的转动可以提供给浮岛植物正常生存的常压环境。

本实施例一种用于深水环境修复的生态系统的工作过程为：小船1上固定的弧形反光镜21将太阳光聚集在光纤入口32，太阳光沿着光纤31向下传导到达深水区时，太阳光通过光纤31表面的漏光孔41照射到生态浮岛5的浮岛植物上，从而提供给浮岛植物生存需要的太阳光，控制系统6控制环形电机51带动扇叶52旋转，不断将生态浮岛5内的水排出，提供给浮岛植物生存需要的压力条件，浮岛植物吸收水体中的有害物质，以达到净化水体的目的。

实施例二：

如图1和图2所示，本发明提供一种用于深水环境修复的生态系统，包括小船1、采光系统2、导光系统3、散光系统4、生态浮岛5和控制系统6，小船1浮于水面，采光系统2用于采集太阳光，导光系统3与采光系统2配合安装，用于将采光系统2采集到的太阳光传导至深水区，散光系统4安装在导光系统3的下端，用于将太阳光扩散至生态浮岛5上。

具体的，采光系统2包括反光镜21，反光镜21固定在小船1之上，反光镜21为弧形反光镜，可将太阳光聚集在一处；导光系统3包括光纤31，光纤31与小船1固定连接，光纤31的一端为光纤入口32，光纤31的另一端向下进入水中，光纤入口32设置在太阳光经反射镜21聚集之处，光纤31外面还设有包层33；散光系统4包括漏光孔41，所述漏光孔41左右对称设置在深水区光纤31的表面；生态浮岛5设置在漏光孔41的周围，光纤31贯穿生态浮岛5并与生态浮岛5固定连接，生态浮岛5装载有纳米光催化剂和过硫酸盐；控制系统6设置在小船1上。

在本实施例中，包层33采用类石墨烯的高强度材料构成，便于生态浮岛5的固定，包层33的内部涂有反光材料，减少光纤31的光能损失。

在本实施例中，不同水深条件下，在光纤31表面设置多个漏光孔41，同时设置相应数量的生态浮岛5，以满足不同水深处的净化要求，生态浮岛5装载的纳米光催化剂为尖晶石铁氧体纳米材料，尖晶石铁氧体纳米材料与漏光孔41中出射的太阳光联合活化过硫酸盐，产生硫酸根自由基，硫酸根自由基氧化水体中的有害物质，净化水体。

在本实施例中，生态浮岛5为圆形，生态浮岛5设置在环形电机51的中空部分，环形电机51通过导线与控制系统6电连接，环形电机51的转子上设置有均匀排列的扇叶52，环形电机51带动扇叶52旋转。

本实施例一种用于深水环境修复的生态系统的工作过程为：小船1上固定的弧形反光镜21将太阳光聚集在光纤入口32，太阳光沿着光纤31向下传导到达深水区时，太阳光通过光纤31表面的漏光孔41照射到生态浮岛5上，生态浮岛5上面的尖晶石铁氧体纳米材料与太阳光一起活化过硫酸盐，产生硫酸根自由基，硫酸根自由基氧化水体中的有害物质，净化水体。同时，控制系统6控制环形电机51带动扇叶52旋转，不断搅动水体，增大硫酸根自由基与水体的接触面积，加速硫酸根自由基与水体中污染物反应，使污染物更充分降解。

为了明确本实施例的可行性，可通过下述实验设计来探究：

一、降解效果探究

在室温下(20℃)分别配置初始浓度为5mg/l的四环素、土霉素、诺氟沙星溶液等ppcps溶液，用0.1mol/l的hcl和naoh溶液调节所需ph至4，在400nm可见光催化条件下，加入过硫酸钾(pms)(6mol/l)，磁力搅拌下引发降解反应。在既定时间点取1ml样品通过0.22μm水相针式滤器过滤后，迅速转移至反应前已加入1ml乙醇(hplc级)的棕色样品瓶中终止反应，用高效液相色谱仪(hplc)测定各抗生素的浓度，得出降解曲线。注意测定反应过程中反应体系的ph变化，同时实验设置对照组。

通过降解曲线来判断在光催化条件下pms对哪类ppcps具有良好的降解效果。

二、温度变化对降解效果影响的探究

设置不同的反应温度(5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃)下进行降解反应，其他反应条件不变，通过温度变化得出的降解曲线来判断温度变化pms对抗生素的降解效果。

三、ph变化对降解效果影响的探究

控制反应温度不变(取降解效果最好的反应温度)，其他反应条件也不变，用0.1mol/l的hcl溶液和naoh溶液调节不同的反应体系ph(2.0/3.0/4.0/5.0/6.0/7.0/8.0)，通过ph变化得出降解曲线来判断降解效果最好的ph。

四、共存离子对降解效果的影响

控制反应温度和ph不变(均选择降解效果最好的反应条件)，通过加入nahco3引入hco3^—，通过加入nano3引入no3^—，通过加入nacl引入cl^—，判断共存阴离子对反应体系的影响。

五、交叉实验

根据已经得出的适宜降解反应进行的反应条件，通过正交设计法设计正交实验，进一步明确pms降解ppcps的最佳反应条件。

六、模拟实验

根据上述步骤得出的最佳反应条件并明确各阴离子对反应体系的影响后，结合说明书中设计的反应装置，按照相同比例缩小后对实际的催化效果影响进行模拟，明确实际上的可行性。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。